吕坚:3D打印在航空发动机上的发展方向

国际金属加工网 2018年01月11日

3D打印从1986年开始走到今天,它的发展在三、五年前得到了很大加速。从产业链来讲,从1995年的时候才30个亿,从去年已经到了600亿。那么3D打印,那么它其实还有很多应用。

首先,我是1994年就开始做3D打印,1998年到2002年我安排的一个欧盟项目,表面与应用工程的设计,3D打印里面的一个核心问题,就是材料预应力,怎么把它们直接考虑进去,就是我们欧盟项目最主要的研究方向。

第二,如何缩短设计进程。通过并行工程的研究,把研究的周期大幅度缩短,在设置的时候同时考虑制造、材料的选择和整体结构的变形。第二个重要点是技术数据交换,现在通过3D打印大幅度的下降,但是最主要的是如何和这些供货商进行快速交换,而又不出错。

3D打印,90年代初,我们和法国一个公司做航空发动机时做的,主要是为了做预应力分析,通过这个分析和优化,很快的可以研发出更好、更轻、更可靠的航空发动机的涡轮盘。

我们学校3D打印有很多,有不同的3D打印的系统,有做金属的,都是商务机器,在生物领域都有不同的老师和教授来做这方面的工作。

航空发动机的发展方向

我们做不同的新型的设计的3D打印的结构,从而有效的利用这种新技术来制作出不同的结构、性能,来充分的做出来一些有特殊性能的材料和结构。在航空航天领域,我们在做一些有颠覆性的工作。航空发动机的发展实际上有三个比较大的方向。

第一个方向,就是发展高钛合金,现在基本上是全球平均的发展,尽全球的力量,差不多平均每年两摄氏度,就是使用的温度。

第二个技术,叫热障涂层,热障涂层就是陶瓷,它又可以把航空发动机的使用温度又提高150到300摄氏度。

第三个技术是特殊的冷却技术。靠更加复杂的航空动力学、空气动力学的设计,使得它很复杂。但是如果它的结构冷却系统非常复杂,现在的制造工艺是非常困难的。

所以3D打印实际上是可以在这三个领域都有很大的突破。

第一,局部的组织结构的控制。就是说如果能够控制这个材料的冷却熔化过程和相变的过程,那么就可以很容易、更好控制合金形成,而合金形成由于多向性,同时3D打印可以制造复杂的陶瓷结构。

第二,可以作为很复杂的几何结构,也可以完成设计师所需要的组织结构。

3D打印+制造,还有什么?

第一,要做高附加值的产品,在航空和生物医学领域很重要。

第二,就是新型合金的设计。3D打印跟平常用的打印机一样,每一个打印机它整体的寿命中打印的粉料或者材料,差不多是3D打印机本身的5到20倍,那么做粉和材料,可能比做3D打印机自己会有更多利润。

第三,如何把所谓的打印材料和整体的成型过程做出来。

第四,就是4D打印。


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